Bart István, klíma- és energiapolitikai szakértő egyáltalán nem vicces bonmot-ja szerint „…a mostani nyár a hátralévő életünk leghűvösebb nyara”. A környezeti feltételek – így a hőmérséklet, tágabb értelemben az időjárás, még tágabb értelemben a klíma – a villamosenergia-termelésre és elosztásra is kihatnak. Ezért indokolt áttekinteni, hogy a globális felmelegedésből, a klímaváltozásból fakadóan mely energetikai tevékenységek ill. technológiák várhatóan milyen környezeti fenyegetésekkel néznek szembe. E fenyegetések ismerete azért is szükséges, mert lehetnek olyan APT támadók, amelyek az extrém időjárási helyzetekre tudatosan készülve és kihasználva súlyosbíthatják támadásuk következményeit. A jövőben egyre inkább e fenyegetésekkel is számolni kell a villamosenergia-rendszer rezilienciájának egyéb okokból is szükséges megerősítésekor.
A cikksorozat 1. része az aszály egyes hatásait ismertette. A 2. rész az aszály erőművi hűtési hatásait veszi górcső alá.
I. Az aszály hatása az erőművek hűtésére
A villamosenergia-termelés egyik velejárója, hogy az energiahordozóból (szén, földgáz, hasadóanyag) felszabaduló energiának csak az adott technológia hatásfokától függő hányada jelenik meg villamosenergia formájában. A „maradék” hőenergiaként, a villamosenergia-termelés szempontjából veszteségként jelenik meg. Ideális esetben ennek a „hulladékhőnek” legalább egy része hasznosítható (pl. fűtésre), de többnyire – főleg atomerőművek esetében – ez ténylegesen az adott energiatermelési technológia vesztesége. Az erőművek hűtésének feladata a „hulladékhő” elvezetése a természeti környezetbe (vízbe, levegőbe).
Az erőművek hűtésének hatékonyságát minimum négy környezeti jellemző határozza meg: a vízszint, vízhozam, a víz- és a környezeti hőmérséklet. Önmagában pl. az alacsony vízszint még nem feltétlenül okoz gyengébb hűtést, ha még elégséges és nem túl magas a víz hozama, azaz a víz még képes felvenni az elszállítandó hőmennyiséget.
A hűtés annál hatásosabb minél nagyobb az erőmű által kibocsátott meleg hűtőközeg – jellemzően víz – és a környezet hőmérséklete közötti különbség. Belátható, hogy a klímaváltozással együtt járó környezeti hőmérséklet emelkedés lassan, de biztosan rontja a hűtés hatásosságát. A magasabb környezeti hőmérsékletnek az is velejárója, hogy
az erőművek hamarabb beleütköznek a kibocsátással előidézhető környezeti hőmérséklet emelkedés határértékeibe.
A folyók, tengerek hőszennyezése mellett kevesebb szó esik a hűtőtornyok környezeti szerepéről.
A hűtőtornyok hőt és nedvességet bocsátanak ki. A légköri hatás egyes meteorológia helyzetekben relatív nedvesség növekedés, látástávolság csökkenés, köd- és zúzmara képződés, szemerkélő eső, jegesedés formájában, lokálisan jelentkezhet. Emellett befolyásolhatja a felhő- és csapadékképződést. Nem zárható ki az erőművi környezet mikroklímájának módosulása sem. Így a hűtőtornyok bár a frissvizes hűtéshez képest kevéssé, de szintén terhelik a környezetet.
A hűtőtornyok egyes típusai – a működésük közbeni üzemi és párolgási veszteség miatt – szintén meglehetősen vízigényesek, ám messze nem annyira, mint a közvetlen (átfolyó rendszerű) hűtések.
Egy erőműből egy adott hulladékhő mennyiséget így-vagy úgy, de el kell távolítani. Ennek konkrét technológiája többféle is lehet (ezek hatásfoka is különböző, továbbá ezek működtetése is több-kevesebb villamosenergiát igényel), ám az eltávolítandó hőmennyiség ettől még változatlan.
Magyarországon az alább részleteiben tárgyalandó Paksi Atomerőmű mellett 50 MW-nál nagyobb beépített teljesítményű erőművekként a Gönyűi Kombinált Ciklusú Erőmű, a Kelenföldi Erőmű, a Csepel II. Erőmű és a Dunamenti Erőmű hűtővíz ellátását biztosítja a Duna. A Tisza korábban a jelenleg üzemen kívüli tiszaújvárosi Tisza II. erőmű hűtővizét biztosította.
II. Atomerőművek hűtése
A 2020. decemberi állapot szerint a világon 442 db atomreaktor üzemelt, a legtöbb Európában (135 db, nem beleszámítva Oroszország 38 reaktorát) és az USA-ban (94 db). 15 országban mintegy 55 reaktor van építés alatt. Az atomerőművek a világ villamosenergia-termelésének mintegy 10%-át adják.
A reaktorok hűtésének alapvetően három módja van:
Közvetlen (átfolyó rendszerű) hűtés: jelentős víztömeg (folyó, tenger) partján elhelyezett atomerőmű esetében a víz hőcserélőkön átvezetve – és néhány fokkal felmelegedve – kerül vissza a folyóba, tengerbe.
Közvetett hűtés: távolabbi, avagy csekélyebb hozamú vízforrás esetén a lényegében zárt rendszerben – azaz még a párolgási és üzemi veszteséggel együtt is kisebb mennyiségben – keringő víz ún. hűtőtoronyban hűl vissza.
Száraz hűtés: a hulladékhő levegővel megfúvatott radiátorokon keresztül, vízfázis nélkül kerül ki a légkörbe. A légáramlást biztosító ventilátorok villamosenergia igénye és zaja jelentős.
Az egységnyi villamosenergia-mennyiségre eső fajlagos vízigény az atomerőművek esetében a legnagyobb.
Az idei európai aszály, a csekély vízhozamú és meleg folyók miatti elégtelen hűtés több atomerőmű üzemét is korlátozta. Pl. Franciaországban az EDF a Rhône folyó és mellékfolyói, valamint a Garonne mentén üzemelő több atomerőműben is reaktorokat szabályozott vissza. További több körülmény (reaktor meghibásodások, karbantartások) szerencsétlen egybeesése nyomán a francia atomerőművi villamosenergia-termelés mintegy 50%-kal csökkent.
Közvetlen (átfolyó rendszerű) hűtés és aszály esetén a tengerparti telepítés előnyösebb, mivel a tenger hatalmas vízteste a folyókénál jobb hűtőközeget biztosít. Ám a tengerparti telepítés kockázata is nagyobb, hiszen az ilyen erőműveket akár vízszint emelkedés, cunami veszély, sőt újabban akár orkán okozta vízszint emelkedés is fenyegetheti. Sőt, esetleges közeli zátonyok, gyenge hőhígulás is ronthatja a tengerparti telepítésű erőművek hűtésének hatásfokát.
Az atomerőművek megfelelő hűtése egyre kritikusabb téma, mivel kutatási adatok szerint
a hőséggel összefüggő üzemzavarok száma
a 2010-es években nyolcszorosa (!) volt
az 1990-es évek ilyen okú üzemzavari számának.
III. A Paksi Atomerőmű hűtése
A hűtés a Duna vizének felhasználásával, ún. frissvizes hűtési rendszerben történik. Ebben a rendszerben a vízkivételi mű által kiemelt Duna-víz szűrés után az egyes blokkok kondenzátorain átáramolva veszi fel a hőt, majd a melegvíz-csatornán át visszajut a Dunába.
Az atomerőmű négy blokkjának biztonságos működéséhez 100 m3/mp hűtővíz szükséges, míg álló blokkok esetén a hűtővízigény min. 10 m3/mp. A Duna vízhozama Paksnál még aszály idején is átlagosan 650-660 m3/mp, azaz mennyiségileg biztosítható az atomerőmű hűtése. Viszont probléma, hogy a folyómeder folyamatos mélyülése miatt szélsőséges esetben a vízmagasság alacsonyabb a hűtővízcsatorna torkolatának küszöbszintjénél. Ebben az esetben a hűtővízcsatornában szükséges hűtővíz mennyiséget csak intenzív szivattyúzással lehet biztosítani. A Duna folytatódó medermélyülése a hűtővízcsatorna mélyítését tette szükségessé.
Ám adódhat olyan helyzet, amikor mennyiségileg hiába is biztosított a hűtővíz, ha az erőműből a folyóba ömlő víz hőmérséklete 500 méteres távolságban már túllépi a megengedett maximumot. Ilyen esetben az erőmű termelésének visszafogása válhat szükségessé.
A Paksi Atomerőmű hideg- és melegvíz hűtőcsatornái:
Bármely okból elégtelen hűtés esetén a helyzet súlyosságától függően egy négyfokozatú intézkedés-sorozat adott helyzet szerinti fokozata kerül elrendelésre:
I. fokozat: dízelszivattyúk, akkumulátorok soron kívüli üzemképesség ellenőrzése.
II. fokozat: atomerőművi ponton vízre helyezésének előkészítése, dízelszivattyúk szállításra való előkészítése, blokkhűtő rendszerek ágainak ellenőrzése, biztonságihűtővíz-szivattyú szűrők fokozott ellenőrzése.
III. fokozat: Átemelő szivattyúk pontonra telepítése. Ha a normál (nem biztonsági) hűtővízszivattyúk üzemeltetéséhez sem elégséges a vízszint, akkor blokkok leállítása és lehűtése. A 2018. évi, kétszer – július-augusztusban, majd októberben – is szélsőségesen alacsony dunai vízszint miatt e fokozat elrendelése is szükségessé vált.
IV. fokozat: alternatív hűtési módok alkalmazása (pontonra telepített szivattyúk, biztonsági hűtővízrendszer, tűzivízrendszer, pótvíz-lágyító, sótalanvíztartálypark vízkészleteinek mobilizálása).
IV. A Paks II. atomerőmű tervezett hűtése
A hűtés lehetséges módozatait a 2014-ben elkészült Környezeti hatástanulmány vizsgálta. Több alternatívát is elemezve Paks II. hűtése is a Duna vizének felhasználásával, frissvizes hűtési rendszerben tűnik optimálisnak.
Mivel a két blokk önmagában nagyobb kapacitású – és ezzel hűtésigényű –, mint a meglévő négy blokk, így egyebek mellett kritikus lehet a Dunába visszaáramoltatandó, megemelt hőmérsékletű víz miatti hőszennyezés kezelése.
A közepesnél (2.200-2.300 m3/s-nál) kisebb dunai vízhozam és 25 °C feletti vízhőmérséklet esetén a melegvíz visszavezetés utáni 500 m-es dunai szelvényre előírt maximum 30 °C-os vízhőmérsékleti határérték tartása külön intézkedéseket (blokk villamos teljesítmény korlátozás, hideg hűtővíz bekeverése, kiegészítő hűtés alkalmazása) tehet szükségessé. A másik két lehetőség jelentős költségei miatt a környezeti hatástanulmány szükség esetén a blokk villamos teljesítmény korlátozását preferálja.
Bár az új blokkok hűtése is frissvizes hűtési rendszerben történne, ezzel együtt a Környezeti hatástanulmány a Duna vizétől csak kis mértékben függő, léghűtéses, nedves hűtőtornyos hűtési rendszert is vizsgálta. Ez a hűtési mód a későbbiekben ismertetendő okok miatt különösen a két erőmű párhuzamos üzemének idején kaphat szerepet.
Az elmúlt évtizedben egyre több, hosszabb és súlyosabb aszály – és az ezzel együtt járó alacsony Duna-vízszint – hatott az atomerőmű üzemére, olykor korlátozva is a termelést.
2011 után 2018. augusztusában, majd októberében is súlyos aszály pusztított. Az utóbbi alkalmával három blokk termelését is korlátozni kellett. 2019-ben a szaporodó aszályok miatti alacsony Duna-vízszintre, valamint a folytatódó medermélyülésre tekintettel a IV. fokozat elrendelése esetén működésbe léptetendő úszó szivattyútelepek létesítéséről született döntés. Az aszály, az alacsony vízszint 2019-ben, majd idén is az atomerőmű hűtésére irányította a figyelmet.
V. Az atomerőművek párhuzamos üzeme
A szaporodó aszályok, extrém alacsony dunai vízállások tükrében különös hangsúlyt kapott a MÉG működő négy 500 MW-os blokk, majd a MÁR működő – első, de főleg mellette a második – új, 1.200 MW-os blokk egyidejű üzeme során a hűtés feltételeinek biztosítása. A párhuzamos üzem éveiben összességben mintegy 232 m³/mp víz kivétele szükséges a Dunából, ill. ennyi melegvíz áramlik vissza a Dunába.
A tervek szerint a két új blokk hűtése részben a meglévő hűtővíz csatornák bázisán, azok felbővítésével, rézben pedig új műtárgyak építésével kerülne kialakításra.
Megjegyzés: a létesítés csúszása miatt a táblázatban Paks II. két új blokkja jelen állapot szerint 5-5 évvel később lépne be.
Új fejlemény a Paksi Atomerőmű működő, 2032-2037 között lejáró engedélyű négy blokkja üzemidő hosszabbításának július közepén bejelentett immár komoly lehetősége. A 2030-as évek várhatóan a jelenleginél is hosszabb és súlyosabb aszályos időszakaira tekintettel
az esetleges üzemidő hosszabbítással az eredetileg tervezettnél is komolyabb műszaki intézkedések válhatnak szükségessé.
Ilyen távlatában is kezelni kell a Duna minden bizonnyal folytatódó medermélyülésének, de főleg hőszennyezésének problémáját. Az utóbbi miatt növekszik valamilyen kiegészítő hűtési megoldás (pl. hűtőtorony) alkalmazásának esélye, szükségessége.
VI. Kiberbiztonsági vonzat
Az erőművek hűtése is egyike azon körülményeknek, amelyre készülve, számítva egy APT támadó egy adott célpont (ország) villamosenergia-rendszerére egy eleve súlyos helyzet hatásait tovább rontva mérhet csapást. Az erőművek esetében is okkal feltételezhető, hogy elegendő idővel rendelkező, állami hátterű – azaz erőforrásokkal is bőségesen ellátott (APT) – támadó a legfeszesebb nyári (pl. aszály, kis vízhozam, magas vízhőmérséklet) időszakra is időzítheti a támadást, hogy az pl. egy az aszály miatt eleve nehezebb helyzetben lévő villamosenergia-rendszert érjen, ezzel is fokozva a támadás hatását. Ezért is fontos azonosítani azokat a környezeti, időjárási állapotokat, amelyekben nő a kibertámadás valószínűsége.
A leírtak alátámasztják, hogy a hűtés, az azt biztosító rendszerek rendeltetésszerű működése különösen kritikus az atomerőművek működésében. Tisztában kell lenni azzal, hogy ez a tény a potenciális támadók célpont választásában is szerepet játszhat.
A sorozat következő része a szélsőséges téli időjárás lehetséges villamosenergetikai hatásait mutatja be.
Forrás:
Nuclear Power Today | Nuclear Energy - World Nuclear Association (world-nuclear.org)
Nuclear Power Reactors in the World IAEA-RDS-2/41
WANO Member World Map March 2020.indd
Nuclear Power Plants Are Struggling to Stay Cool | WIRED
Környezeti hatástanulmány Tényállás tisztázás (paks2.hu)
Itt a riasztás a paksi atomerőműre, mert túl meleg a Duna | ENERGIAKLUB
Paksi Atomerőmű Célzott Biztonsági Felülvizsgálata (nubiki.hu)
Atomerőművi hűtővíz rendszerek Üzemzavari villamosenergia-ellátás (docplayer.hu)
Paks II. környezeti hatástanulmány 2014 (paks2.hu)
Alacsony vízállás esetén úszó szivattyútelepekkel hűtik majd a Paksi Atomerőművet | atlatszo.hu
